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1
Les transformati
ons chimiques
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2
Les 3 types de transformations
Les transformations physiques
Les transformations chimiques
Les transformations nucléaires
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3
Transformations physiques
Elles ne modifient ni la nature ni les propriétés caractéristiques de la matière
Les atomes et les molécules ne changent pas
Il y a … les changements de formes les changements d’états les dilutions et les dissolutions
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4
Transformations chimiques
Elles modifient la nature et les propriétés caractéristiques de la matière
Il y a réarrangement des liaisons entre les atomes et formation de nouvelles molécules
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5
Les équations chimiques
2 molécules de butane réagissent avec 13 molécules de dioxygène pour former 8 molécules de dioxyde de carbone et 10 molécules d’eau
réactifs
produits
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6
Les réactions chimiques : un réarrangement des atomes
Au cours d’une réaction chimique, les molécules et les atomes des substances initiales (réactifs) se réorganisent en substances nouvelles (produits)
ExempleUne molécule de méthaneréagit avec 2 molécules dedioxygène pour former unemolécule de dioxyde decarbone et 2 molécules d’eau
réactifs
produits
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Les 5 indices associés à une réaction
chimique Cinq indices permettent de reconnaitre la présence d’une transformation chimique Un dégagement gazeux Un dégagement ou une absorption de
chaleur Un dégagement de lumière Un changement de couleur La formation d’un précipité
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8
La loi de la conservation de la
masse dans les transformations
chimiques
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9
Loi de la conservation de la masse
Elle établit, qu’au cours d’une réaction chimique, la masse totale des réactifs est toujours égale à la masse totale des produits
En fait, … la masse est conservée le nombre d’atomes de chaque
élément est conservé le nombre de molécules n’est pas
nécessairement conservé
Antoine Laurent
Lavoisier1743-1794
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La combustion du méthane
Exemple
La masse totale des réactifs est égale à la masse totale des produits
Le nombre d’atomes de chaque élément est conservé
Le nombre de molécule est, dans ce cas, conservé
16 g + 64 g → 44 g + 36 g
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La combustion du propane
La combustion du propane
44 g + 160 g → 132 g + 72 g204 g =
204 g
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Le balancemen
t d’équations chimiques
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Pourquoi balancer une équation?
Balancer une équation chimique, c’est ajouter des coefficients numériques devant les formules moléculaires des réactifs et des produits, de façon à ce que la loi de la conservation de la matière soit respectée
Une équation chimique non balancée se nomme une « équation squelette »
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Règles à respecter lors du balancement
1. les coefficients doivent tous être entiers 2. les coefficients doivent être le plus petit
possible 3. ne jamais ajouter ni enlever de substances 4. ne jamais modifier les indices 5. toujours vérifier son résultat final Trucs et astuces…
Attribuer le coefficient « 1 » à la molécule la plus complexe
Garder les substances simples pour la fin (les molécules diatomiques ou les atomes seuls)
Ne pas chercher à équilibrer un élément qui se retrouve dans plusieurs molécules en premier
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Exemple : synthèse de l’ammoniac
Équation squelette : N2 + H2 → NH3
▪ Placer un « 2 » devant la molécule la plus complexe (NH3)▪ N2 + H2 → 2NH3
▪ Placer un « 1 » devant N2
▪ 1N2 + H2 → 2NH3
▪ Placer un 3 devant H2
▪ 1N2 + 3H2 → 2NH3
Équation balancée : N2 + 3H2 → 2NH3
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L’oxydation du méthane
Équation squelette CH4 + Cl2 → HCl + C
1 CH4 + Cl2 → HCl + C
1 CH4 + Cl2 → 4 HCl + C
1 CH4 + 2 Cl2 → 4 HCl + C
1 CH4 + 2 Cl2 → 4 HCl + 1 CÉquation balancée
CH4 + 2 Cl2 → 4 HCl + C
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http://www.ostralo.net/equationschimiques/pages/p2a.htm pour te pratiquer
http://www.youtube.com/watch?v=LNxS7aH5QBs explication vidéo 8 min
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La stœchiomét
rie
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Qu’est-ce que la stœchiométrie?
La stœchiométrie est l’étude des quantités de réactifs et de produits impliqués dans une réaction chimique
Les calculs stœchiométriques permettent de déterminer les quantités de réactifs nécessaires pour réaliser une réaction et de prédire les quantités de réactifs produits
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Utilisation de la stœchiométrie Exemple : l’oxydation du cuivre (1) 2Cu + O2 → 2CuO
2 atomes de cuivre
1 molécule de dioxygène
2 molécules d’oxyde de cuivre
2 moles d’atomes de
cuivre
1 mole de molécules de
dioxygène
2 moles de molécules d’oxyde de
cuivre
8 moles d’atomes de cuivre
4 moles de molécules de
dioxygène
8 moles de molécules d’oxyde
de cuivre
« 2y » moles d’atomes de
cuivre
« y » moles de molécules de
dioxygène
« 2y » moles de molécules d’oxyde
de cuivre
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Calculs stœchiométriques
2Cu + O2 → 2CuO
2 moles d’atomes de
cuivre
1 mole de molécules de
dioxygène
2 moles de molécules d’oxyde
de cuivre
2 mol x(63,55 g/mol)
1 mol x(2 x 16,00
g/mol)
2 mol x(63,55 g/mol + 16,00
g/mol)
127,10 g 32,00 g 159,10 g
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22
Calculs stœchiométriques Combien de moles de dioxygène sont nécessaires
à l’oxydation de 12 moles d’atomes de cuivre?
=
2Cu + O2 → 2CuO
2 moles 1 mole
12 moles ? moles
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23
Calculs stœchiométriques Combien de moles d’oxyde de cuivre seront formées par
l’oxydation de 88,97 g de cuivre en présence de tout l’oxygène nécessaire?
= 111,37 g de CuO
= 1,4 mol de CuO
2Cu + O2 → 2CuO
2 mol 2 mol
127,10 g 159,10 g
88,97 g ? g
? mol
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Calculs stœchiométriques Combien de grammes de cuivre seront nécessaires à
la formation de 63,64 g d’oxyde de cuivre en présence de tout l’oxygène nécessaire?
= 50,84 g de Cu
2Cu + O2 → 2CuO
127,10 g 159,10 g
? g 63,64 g
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25
http://www.youtube.com/watch?v=ajk5bi7Ttyc Alloprof vidéo stoechiometrie 8 min
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26
Les réactions exothermiqu
es et endothermiq
ues
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27
Endothermique ou exothermique?
Les réactions exothermiques sont des transformations chimiques qui dégagent de l’énergie dans le milieu environnant
Les réactions endothermiques sont des transformations chimiques qui absorbent de l’énergie provenant du milieu environnant
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28
Endothermique ou exothermique?
Il est donc souvent possible de distinguer les 2 types de réactions en mesurant la variation de température du milieu environnant… Si la température du milieu
environnant augmente, la réaction est exothermique
Si la température du milieu environnant diminue, la réaction est endothermique
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29
Bris et formation de liaisons chimiques
Ce qu’il faut savoir sur les liaisons… Il faut toujours fournir de l’énergie pour
briser une liaison chimique La formation d’une nouvelle liaison
s’accompagne toujours d’une libération d’énergie
La différence entre l’énergie totale absorbée lors du bris des liaisons des réactifs et l’énergie totale dégagée lors de la formation des nouvelles liaisons permet de déterminer si la réaction est de type endothermique ou de type exothermique
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30
Une réaction exothermique
(OBS 117)
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31
Une réaction endothermique
(OBS 117)
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32
ComparaisonRéaction endothermique
Réaction exothermique
Absorbe de l’énergie Dégage de l’énergie
La température de l’environnement diminue
La température de l’environnement augmente
L’énergie chimique totale contenue dans les produits est plus élevée que l’énergie chimique totale contenue dans les réactifs
L’énergie chimique totale contenue dans les réactifs est plus élevée que l’énergie chimique totale contenue dans les produits
L’énergie apparait à gauche dans l’équation chimique
L’énergie apparait à droite dans l’équation chimique
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33
Le bilan énergétique 1. Calculer la quantité totale d’énergie que
doivent absorber les molécules des réactifs pour briser leurs liaisons chimiques
2. Calculer la quantité totale d’énergie qui se dégage lors de la formation des liaisons chimiques dans les molécules des produits
3. Faire le bilan énergétique (énergie des réactifs) moins (énergie des produits)▪ Une valeur négative indique une réaction exothermique▪ Une valeur positive indique une réaction endothermique
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34
Exemple : bilan énergétique de la combustion du méthane
voir p 115-117 OBSCH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
Les réactifs▪ CH4 : 4 liaisons simples C-H ► 4 x 414 kJ
▪ 2O2 : 2 liaisons doubles O=O ► 2 x 498 kJ▪ Énergie totale absorbée par les réactifs
pour briser les liaisons de leurs molécules :
▪(4 x 414) + (2 x 498) = 2652 kJ
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35
Combustion du méthane
Les produits▪CO2 : 2 liaisons doubles C=O ► 2 x 741 kJ▪2H2O : 4 liaisons simples O-H ► 4 x 464 kJ▪ Énergie totale dégagée par les produits lors de la formation des liaisons de leurs molécules :▪(2 x 741) + (4 x 464) = 3338 kJ
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36
Combustion du méthane
Bilan énergétique▪ (Énergie absorbée par les réactifs) moins (énergie dégagée par les produits)▪ 2652 kJ – 3338 kJ = -686 kJ▪La combustion du méthane est donc une réaction exothermique qui dégage 686 kJ/mol de CH4
▪CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + 686 kJ
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37
Exemple:La synthèse de l’ammoniac
Quelle quantité d’énergie sera dégagée lors de la formation de 81,6 g d’ammoniac? Équation squelette: N2 + H2 → NH3
Équation balancée: N2 + 3H2 → 2NH3
Nombre de moles de NH3?▪ n = m/M alors …▪ n = 81,6 g/ 17 g/mol …
▪n = 4,8 mol
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38
La synthèse de l’ammoniac
Les réactifs N2 : 1 liaison triple N-N
► 946 kJ 3H2 : 3 liaisons simples H-
H ► 3 x 435 kJ Énergie totale absorbée
par les réactifs pour briser les liaisons de leurs molécules : ▪ 946 + (3 x 435) = 2251 kJ
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39
La synthèse de l’ammoniac
Les produits 2NH3 : 6 liaisons simples
N-H ►6 x 389 kJ Énergie totale dégagée
lors de la formation des liaisons des molécules du produit :▪ (6 x 389) = 2334 kJ
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40
La synthèse de l’ammoniac
Finalement… (Énergie absorbée par les réactifs) moins
(énergie dégagée par les produits) 2251 kJ – 2334 kJ = -83 kJ Puisque la synthèse de 2 moles
d’ammoniac libère 83 kJ, la synthèse de 4,8 moles d’ammoniac libèrera donc …
▪ …. Réponse: 199,2 kJ
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41
Différentes transformati
ons chimiques
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42
Des transformations chimiques
Les synthèses et les décompositions Les précipitations Les neutralisations acidobasiques L’oxydation La combustion La respiration cellulaire La photosynthèse
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43
Synthèse et décomposition
Lors d’une synthèse, 2 ou plusieurs réactifs se combinent pour former un nouveau produit (ou plus) Ex : la synthèse du dioxyde d’azote N2(g) + 2O2(g) → 2NO2(g)
Lors d’une décomposition, un composé se sépare en 2 ou plusieurs composés ou éléments Ex : l’électrolyse de l’eau 2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g)
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44
Les précipitations Il y a précipitation lorsqu’un solide
insoluble se forme lors du mélange de 2 solutions homogènes
Le solide insoluble se nomme le précipité Il est possible de prédire la formation ou
non d’un précipité en consultant un tableau de solubilité des composés ioniques (OBS 118)
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45
Exemples de réactions de précipitations
NaCl(aq) + AgNO3(aq) → AgCl(s) + NaNO3(aq)
2KI(aq) + Pb(NO3)2(aq) → PbI2(s) + 2KNO3(aq)
http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/animations/chang_7e_esp/crm3s2_3.swf
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46
Neutralisation acidobasique
Il s’agit d’une transformation chimique dans laquelle un acide réagit avec une base pour former un sel et de l’eau
Pour neutraliser une solution acide, on lui ajoute une solution alcaline (basique) : le mélange final sera une solution neutre lorsque les 2 quantités d’ions (H+ pour l’acide et OH- pour la base) seront en quantités égales
OBS p 119
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47
Des neutralisations
Acide(aq) + Base(aq) → Sel(aq) + Eau(l)
HF(aq) + KOH(aq) → KF(aq) + H2O(l)
H2SO4(aq) + Mg(OH)2(aq) → MgSO4(aq) + 2H2O(l)
2HBr(aq) + Ca(OH)2(aq) → CaBr2(aq) + 2H2O(l)
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48
Les oxydations Ce sont des transformations
chimiques dans lesquelles l’oxygène (ou un élément oxydant qui joue un rôle semblable (Cl ou Br par exemple) est impliqué.
L’oxydant arrache un ou des électrons à l’élément oxydé et ensemble ils forment un oxyde. Ex : 4Fe
(s) + 3O2(g)
→ 2 Fe2O3(s)
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49
Les oxydations Les métaux s’oxydent rapidement en
présence d’humidité)
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50
Oxydation des aliments
Le vin et les aliments s’oxydent la pomme brunit le gout du vin est altéré parce
qu’il réagit avec l’oxygène de l’air La lumière accélère l’oxydation
des huiles et de la bière les fabricants de bières utilisent
des contenants foncés et placent les bouteilles dans des boites de carton pour diminuer l’exposition à la lumière
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51
Combustions
Les combustions sont des oxydations qui libèrent de l’énergie
Ex … Le bois qui brule Le fer qui rouille La respiration cellulaire
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52
Les 3 conditions essentielles à une combustion
Présence de comburant Présence de combustible L’atteinte de la température d’ignition
Ex : C3H8(g) + 5O2(g)
→ 3CO2(g) + 4H2O(l)
+
Énergie
ajout d’énergie extérieure pour atteindre la TI
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53
1: le comburant
Le comburant (l’oxygène est le plus répandu) est une substance capable d’entrer en réaction avec un combustible afin de lui faire libérer une partie de l’énergie chimique qu’il stocke
Il est essentiel pour alimenter la combustion
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54
2: Le combustible
Le combustible est une substance qui a la capacité de s’oxyder en transformant son énergie chimique en énergie thermique
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55
3: la température d’ignition
La température d’ignition est la température nécessaire pour que la combustion s’amorce (elle est différente pour chaque combustible)
La température d’ignition du bois (c’est-à-dire la température qu’il faut atteindre pour qu’il s’enflamme) est de 250 °C pour la plupart des résineux et de 350 °C pour les feuillus. (Wikipedia).
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Le triangle de feu
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57
3 types de combustions
Combustion vive
Combustion spontanée
Combustion lente
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58
La combustion vive
Elle est spectaculaire et libère beaucoup d’énergie (thermique et lumineuse) en un court laps de temps
Feu de bois, combustion de l’essence…
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59
La combustion spontanée
C’est une combustion vive et imprévisible dans laquelle le combustible atteint sa température d’ignition sans apport extérieur d’énergie
Ex ; marmite d’huile sur une cuisinière
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60
La combustion lente
Combustion qui se produit lentement, sur une relativement longue période de temps
Exemples: décomposition, respiration cellulaire et corrosion
Corrosion du cuivre
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61
La photosynthès
e et la respiration cellulaire
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62
La photosynthèse Il s’agit d’un transformation
chimique au cours de laquelle l’énergie rayonnante du soleil est transformée en énergie chimique (énergie stockée dans les liaisons chimiques intramoléculaires).
http://archives.universcience.fr/francais/ala_cite/expo/tempo/planete/portail/labo/carbone/photosyntese.html
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63
La chlorophylle Des cellules végétales spécialisées
contiennent un pigment (une substance colorée) vert qui se nomme la chlorophylle.
Ce pigment capte l’énergie des rayons solaires pour produire du glucose et du dioxygène à partir de l’eau pompée du sol et du dioxyde de carbone capté dans l’air.
6CO2(g) + 6H2O(l)
+ Énergie → C6H12O6(s)
+ 6O2(g)
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65
La respiration cellulaire
C’est la réaction inverse de la photosynthèse
Les produits de la photosynthèse sont les réactifs de la respiration cellulaire et vice versa.
Il s’agit d’une combustion lente (ou une oxydation) qui se produits dans les cellules des organismes vivants hétérotrophes (organismes vivants incapables de produire eux-mêmes leur nourriture)
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66
C6H12O6(s) + 6O2(g)
→ 6CO2(g) + 6H2O(l)
+
Énergie
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Complémentarité
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68
LES HALOCARBURES
Les halocarbures sont des substances chimiques composées entre autres, d'halogène (brome, chlore avec ou sans fluor) et de carbone.
Ils sont utilisés comme réfrigérants dans les systèmes de climatisation et de réfrigération, comme agents extincteurs dans les systèmes d'extinction d'incendie, et comme agents gonflants pour la fabrication des mousses. On les emploie aussi comme solvants. Les halocarbures posent un double problème environnemental, car la plupart d'entre eux contribuent à l'appauvrissement de la couche d'ozone et sont des gaz à effet de serre qui contribuent aux changements climatiques.